JP2006132764A - セルフタップねじ - Google Patents

Abstract

【課題】 コンクリートのような硬質基盤にも対しても確実なねじ切りを可能とするセルフタップねじを提案する。
【解決手段】 耐食金属材料製のセルフタップねじ（１１）は，シャフト（１２）の外周に少なくとも一部に亘って形成されたねじ山（１４）とを具える。ねじ山（１４）の空所（１５）には切削手段（１６）が配置されている。切削手段は，ねじ山（１４）よりも高硬度とする。切削手段（１６）は，レーザ溶接によって空所（１５）内に固着した溶接材で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は，シャフトの外周部の少なくとも一部に亘って少なくとも１条のねじ山が設けられ，ねじ山内の空所に複数の切削手段が配置され，該切削手段がねじ山よりも高硬度である耐食金属材料製のセルフタップねじに関するものである。更に，本発明は，このようなセルフタップねじの製造方法に関するものでもある。

上述した構成を有するセルフタップねじは，シャフトの少なくとも一部に亘ってねじ山が設けられ，一端部に荷重係止手段としてのヘッドを有している。このようなセルフタップねじを基盤にねじ込むと，ねじ山が高強度を有するために基盤に雌ねじを切り込むことができる。そのために，少なくともねじ山を構成する鋼材には硬化処理を施しておく。外部での使用については，コンクリートねじ等のセルフタップねじも耐食性鋼材から製造可能である。通常，この種の鋼材は熱処理により強度が上昇せず，コンクリート中に雌ねじを確実に切り込むことが不可能である。

ドイツ特許出願公開ＤＥ１９８１５６７０Ａ１号公報（特許文献１）には，耐食性鋼材からなるセルフタップねじが記載されている。このセルフタップねじは，局所的に析出硬化しているが，コンクリート等の鉱物性の硬質基盤にセルフタップねじを適用するためには，最大硬度値が不十分である。
ドイツ特許出願公開ＤＥ１９８１５６７０Ａ１号公報

国際公開パンフレットＷＯ９４／２５７６４Ａ１号（特許文献２）には，硝酸イオン処理により耐食性スチールから製造され，全面的な被覆を具えるセルフタップねじが記載されている。しかしながら，このセルフタップはねじ被覆の層厚が最大０．２ｍｍであるため，鉱物性の硬質基盤に適用する場合に被覆が早期に擦耗する。
国際公開パンフレットＷＯ９４／２５７６４Ａ１号

ドイツ特許出願公開ＤＥ１９８５２３３８Ａ１号公報（特許文献３）には，ステンレス鋼製のセルフタップねじが記載されている。そのねじ山は，焼入鋼からなるカッターピンを挿入するための受孔を具える。これらのカッターピンは鉱物性の硬質基盤に切り込み可能である。このセルフタップねじは，製造コストを低下させるのが困難である。すなわち，多数のカッターピンを個別的に受孔に挿入しなければならないからである。カッター挿入用ピンの両端部には各１個のカッターヘッドを具えることにより，カッター挿入用ピンを両方向で受孔に押入可能となる。カッターピンを受孔に押入した後，突出するカッターヘッドを研削する必要がある。カッターピンは，半径方向でもっぱら摩擦結合により受孔内に保持されるため，十分な安定性が得られるものではない。
ドイツ特許出願公開ＤＥ１９８５２３３８Ａ１号公報

国際公開パンフレットＷＯ２００４／０７４６９７Ａ１号（特許文献４）には，炭素含有量が０〜０．５ｗｔ％（重量パーセント）のシャフトを具えるセルフタップねじが記載されている。シャフトには，ねじ山が一体成形されている。溶接材からなる少なくとも１個の切削素子を，０．８ｗｔ％を超える炭素含有量とし，シャフトに堅固に固着するようねじ山内に配置する。溶接材はねじ山内に溶着された高速度鋼からなる。この場合，個々の溶接体を多くの労力を費やしてねじ山に溶着する必要がある点で不利である。更に，炭素含有量が０．８ｗｔ％を超える鉄鋼（いわゆる「過共析鋼」）は溶接性に劣るため，切削部材をねじ山に固着する際にねじ山及びコアの主要領域が溶着熱により軟化し，当該領域における亀裂形成に繋がる恐れがある。
国際公開パンフレットＷＯ２００４／０７４６９７Ａ１号

本発明の課題は，従来技術における上述した諸種の問題点を解消すると共に，コンクリートのような硬質基盤に対しても確実なねじ切りを可能とするセルフタップねじを提案することにある。

この課題を解決するため，本発明は，請求項１に記載したセルフタップねじを要旨とするものである。また，その有利な実施形態は従属請求項に記載したとおりである。

本発明において，耐食金属材料製のセルフタップねじは，シャフトと，少なくとも領域的にシャフト外周に配置した少なくとも１条のねじ山とを具える。ねじ山にの空所を形成し，複数の切削手段を空所内に固着する。切削手段の硬度はねじ山の硬度よりも大とする。この切削手段は，空所内に配置した溶接材で形成される。

本発明によれば，ねじ山に予め空所を形成しておき，切削性能を持続的に維持するに足る低炭素含有量の溶接材を導入するものである。それにより，ねじの母材と溶着部との間で溶接が向上し，応力が低減する。溶接材を導入する際に母材の熱負荷が低下することにより，母材の耐食性等が十分に維持される。確定したジオメトリとするより精緻又は正確な形状ジオメトリが達成可能であり，コンクリート等の鉱物性基盤における切削特性に有利に作用する。更に，作成された切削手段はねじ山と同じ高さとし，又はねじ山から半径方向に突出させることができる。ねじ山の延在方向に沿って複数の切削手段を配置する場合，例えば，先端側に位置する切削手段を半径方向に突出させ，後続する切削手段の高さはねじ山の高さと一致するまで連続的に減少させる。本発明によるセルフタップねじの有利な一実施形態において，先端部から始まる一つの領域だけでねじ山に４〜１５個の切削手段を互いに離間させて配置する。

溶接材の炭素含有量は０．８ｗｔ％未満とするのが好適である。それにより溶接性が向上し，溶接材とねじの母材との間に十分な結合を簡単に実現することが可能である。溶接材を空所内に配置する際，ねじの母材は極く僅かしか溶融しない。既知の形状ジオメトリとする最終状態においては，炭素含有量の高い空所内に配置されない溶接助剤を使用する場合よりも高い硬度及び一層良好な切削性が実現可能である。母材と導入した切削手段との間の応力は，低炭素含有量の溶接材により著しく低減する。

溶接材を受けるための空所をスポット状凹所として形成するのが好適である。このスポット状凹所はねじ山の延在方向に所定の寸法を有し，その寸法は最大でもねじ山の高さの２倍である。溶接材の投入量に比例して，ねじ山に固定するに十分な接触面積が得られる。したがって，ねじの母材は僅かしか溶融しない。

本発明のねじの別の実施形態において，溶接材を受けるための空所は直線状凹所として形成される。この直線状凹所は，ねじ山の延在方向で最小寸法となり，その最小寸法は，少なくともねじ山の高さの２倍である。ねじ込みに際し，基盤に対して大きな作用面を有する切削手段も作成可能である。この実施形態においても溶接材の投入量に比例して，ねじ山に固定するための十分な接触面積が得られ，ねじの母材は僅かしか溶融しない。

空所は，シャフトの外周に対して半径方向に離間した底壁部分を具えるのが好適である。空所の底壁は，シャフトの外周から離間させるのが有利であり，溶接材の投入に際して，シャフトに配置したねじ山の材料だけが溶融し，シャフト自体は僅かに熱負荷に曝されるだけである。その結果，ねじのシャフトの耐食性を十分に維持することが可能である。

空所相互の間隔は，シャフトの先端部からヘッドに向けて増大させるのが好適である。セルフタップねじをねじ込む際，先ず基盤に接触するねじ山の先端領域では切削手段を互いに接近させて配置するのが有利である。先端部とは反対側の部分では，切削手段を互いに大きく離間させることができる。これらの切削手段は，ほぼ付加的なねじ切り作用しか発揮せず，基盤におけるねじの有利な締結工程にのみ寄与するからである。

切削手段を空所内に位置決めするために，位置決め手段を空所内に具えるのが好適である。位置決め手段は，粘着を促進するように形成され，切削手段の所望のポジションに応じて底壁部分及び／又は空所の内壁に具備される。溶接材は，切削手段の作製中には位置決め手段により空所内の所望の位置に保持され，切削手段の成形に際して支持的に作用する。例えば，成形した切削手段は，長円形状又は溶滴形状を有する。正確に規定された切削手段は，半径方向及び／又は軸線方向でねじ山の外側から突出し，タッピング工程が改善される。

位置決め手段は，空所の内壁等における溶接材の不所望な移動を防止する。有利な一実施形態において，位置決め手段を突条として形成する。この突条は，例えば，フライス装置を用いてねじ山内に空所を形成する際に成形される。空所内の索溝等とするスランプは，代替的に空所内の切削手段を位置決めするための位置決め手段として機能する。更に，位置決め手段を形成するために，空所の一部分をざらざらにし，リッフル又はルレットを具えることができる。空所の機械的加工と並んで，化学的な解決方法も考えられる。例えば，腐食作用により空所の材料を除去すると共に，溶接材のための位置決め手段を成形する。

空所は内壁を具えるのが好適であり，切削手段は少なくとも１個の内壁から離間して配置される。削出された材料のために確定した自由空間が用意される。それにより，タッピンググ工程が改善され，本発明によるねじの打ち込み態様が容易化される。ねじの有利な一実施形態において，切削手段は空所の底壁部分にのみ配置され，空所の両方の側方内壁に離間して配置される。切削手段の長円形成と組み合わせて，切削手段を空所内に自由に配置することにより，有利な切削特性又はタッピンググ工程が実現し，打ち込み特性は向上する。それにより，一方ではねじの装着時間が短縮し，他方では従来のセルフタップねじに比べて少ないトルクがねじの打ち込みに与えられ，本発明によるねじの経済性に著しく貢献する。

本発明によるねじを製造するため，先ず少なくとも１条のねじ山をシャフト外周の少なくとも一部に亘って形成する。次に，ねじ山に所要に応じてスポット状又は直線状の凹所を形成する。これらの凹所に，切削手段としての溶接材を固着する。

溶接材はレーザ溶接によりねじ山に固溶するため，本発明のねじは簡単かつ低コストで製造可能である。レーザ溶接は，他の溶接方法よりも僅かな熱的影響しか及ぼさない。その結果，耐食性にとって重要なコア材料及び／又はねじ山材料の溶融度が最小化される。更に，レーザ溶接により，コア材料と溶接材との間の硬度のシェイクアップも低減する。したがって，選択された溶接材の故に生じた切削手段の硬度は十分に維持される。

切削手段は，確定した熔接プログラムにより作製される。切削手段の形状及び位置は空所内で容易に実現可能となる。溶け込まれた切削手段は，研削等による別の追加加工を必要としない。したがって，境界層の縁部硬度が維持され，タッピンググ工程に使用される。更に，本発明のねじを製造するのに要する製造費は低減され，ねじの製造コストに作用するのが有利である。

例えば，空所の底壁部分に第１溶接スポットを作成するために，切削手段を位置決めするための位置決め手段の領域等に溶接槽を作成し，次に溶接材を加え，これを少し冷却する。レーザ溶接ヘッドの上昇運動の間に新たな溶接材を供給し，未硬化の第１溶接スポットの上に第２溶接スポットを被着する。この方法により，切削手段とねじのコア材料とのシェイクアップが著しく低減する。したがって，ねじの耐食性を維持しつつ，切削手段の十分な硬度が確保される。

本発明に係るセルフタップねじの別の実施形態において，溶接材は合金化される。特に，空所の形成に際して，空所の底壁部分はコアには到達しない。シャフトの耐食性を確保するために，空所の内壁は局部的又は領域的に溶融する。更に，焼入れ可能なスチール，炭素又は硬質金属の形成に使用される通常の合金パウダー等とする合金材を添加することができる。より大きな硬度及び高い切削力の持続性が実現する。

以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。図中，機能的に対応する構成要素は同一の参照数字で表す。

図１及び図２に示す耐食性セルフタップねじ１１は炭素含有量０．５ｗｔ％未満，例えば０．１ｗｔ％の素材から製造される。セルフタップねじ１１は，シャフト１２と，シャフト１２の後端部に配置したヘッド１３と，シャフト１２の外周に一部に亘って形成したねじ山１４とを具える。ねじ山１４に複数の直線状空所１５を形成し，これらの空所１５内に切削手段１６とする溶接材を合金化する。溶接材の炭素含有量は０．８ｗｔ％未満，例えば，０．７ｗｔ％とする。空所１５の角度間隔Ａ及びねじ山１４の推移に沿った切削手段１６相互間の角度間隔Ａは，シャフト１２の先端部１７からヘッドに向けて増大させる。空所１５は，ねじ山１４の延在方向における寸法Ｌ１が，ねじ山１４の半径方向寸法（高さ）Ｈ１の３倍に相当する。これらの空所１５は，シャフト１２に対する半径方向における深度Ｔ１が，ねじ山１４の高さＨ１より小であるため，空所１５の底壁部分１８はシャフト１２の外周部１９から離間している。切削手段１６の半径方向寸法は，ねじ山１４の外周又は外径Ｄ１にまで達する。

溶接材を空所１５に配置してセルフタップねじ１１を製造することにより，作成された切削手段１６は６００ＨＶを超える硬度を有する。セルフタップねじ１１自体の硬度は１５０ＨＶ〜４００ＨＶである。これにより，ねじ１１の十分な切削性能が打ち込み時又はコンクリート中でも確保される。

図３に示すセルフタップねじ２１は，図１及び図２に示した実施形態におけると同様に切削手段２６としての溶接材を受けるための空所２５を具える。本実施形態における空所２５はスポット状の凹所として形成され，溶接材は空所２５に溶け込まれる。切削手段２６の半径方向寸法は，ねじ山２４の外周又は外径Ｄ２を超えると共に，ねじ山２４から突出する。空所２５は，ねじ山２４の延在方向における寸法Ｌ２が，ねじ２４の半径方向寸法Ｈ２に相当する。

図４に示したセルフタップねじ３１では，長円形状の切削手段３６を，ねじ山３４の空所３５にレーザ溶接で形成する。溶接材から構成される切削手段３６を空所３５内に位置決めするために，底壁部分３８には位置決め手段４１として形成した突条４２を具える。削出した材料に二つの自由空間を創るために，切削手段３６は内壁３９に離間して配置される。

本発明によるセルフタップねじ３１を製造するため，フライス工具等を用いて空所３５をねじ山３４に形成すると共に突条４２を形成する。次に，レーザ溶接器により溶接槽を作成し，溶接材を供給する。少し冷却することにより第１溶接スポット４４が形成される。溶接ヘッドの上昇運動の間に新たに溶接材を供給し，未硬化の第１溶接スポット４４上に第２溶接スポットを被着する。

図５は，本発明の別の実施形態におけるセルフタップねじ５１の細部を示す断面図である。ねじ山５４に配置した空所５５の底壁部分５８には位置決め手段６１として溝６２を具える。この索溝は表面を拡大するように作用すると共に，切削手段５６を空所５５に配置する際に所望のポジションに保持する。本実施形態において切削手段５６は内壁６０に当接すると共に，内壁５９に対する自由空間６３を創るために離間して配置される。

本発明に係るセルフタップねじの側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 セルフタップねじの一変形例を示す断面図である。 セルフタップねじの他の変形例を示す要部拡大断面図である。 セルフタップねじの更に他の変形例を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１１；２１；３１；５１ セルフタップねじ
１２ シャフト
１３ ヘッド
１４；２４；３４；５４ ねじ山
１５；２５；３５；５５ 空所
１６；２６；３６；５６ 切削手段
１７ 先端部
１８；３８；５８ 底壁部分
１９ 外周
３９；５９；６０ 内壁
４１；６１ 位置決め手段
４２ 突条
４３；６３ 自由空間
４４；４５ 溶接スポット
６２ 溝

Claims (10)

1. シャフト（１２）の外周部の少なくとも一部に亘って少なくとも１条のねじ山（１４；２４；３４；５４）が設けられ，ねじ山（１４；２４；３４；５４）内の空所（１５；２５；３５；５５）に複数の切削手段（１６；２６；３６；５６）が配置され，該切削手段（１６；２６；３６；５６）がねじ山（１４；２４；３４；５４）よりも高硬度である耐食金属材料製のセルフタップねじ（１１；２１；３１；５１）において，前記切削手段（１６；２６；３６；５６）が，空所（１５；２５；３５；５５）内に固着した溶接材で構成されていることを特徴とするセルフタップねじ。
2. 請求項１において，前記溶接材の炭素含有量が０．８ｗｔ％未満であることを特徴とするセルフタップねじ。
3. 請求項１又は２において，前記空所（２５）がスポット状の凹所であることを特徴とするセルフタップねじ。
4. 請求項１又は２において，前記空所（１５；３５；５５）が直線状の凹所であることを特徴とするセルフタップねじ。
5. 請求項１〜４の何れか一項において，前記空所（１５；２５；３５；５５）が，シャフト（１２）の外周（１９）に対して半径方向に離間した底壁部分（１８；３８；５８）を具えることを特徴とするセルフタップねじ。
6. 請求項１〜５の何れか一項において，前記ねじ山（１４）における空所（１５）の間隔（Ａ）が，シャフト（１２）の先端部（１７）からヘッド（１３）に向けて増大することを特徴とするセルフタップねじ。
7. 請求項１〜６の何れか一項において，前記切削手段（３６；５６）を前記空所（３５；５５）内に位置決めするための位置決め手段（４１；６１）が，該空所（３５；５５）内に設けられていることを特徴とするセルフタップねじ。
8. 請求項７において，前記位置決め手段（４１）が突条（４２）であることを特徴とするセルフタップねじ。
9. 請求項１〜８の何れか一項において，前記切削手段（１６；２６；３６；５６）が，前記空所（１５；２５；３５；５５）の少なくとも１個の内壁（３９；５９）に対して離間配置されていることを特徴とするセルフタップねじ。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載のセルフタップねじ（１１；２１；３１；５１）を製造する方法であって，先ず，シャフト（１２）の外周の少なくと一部に亘って少なくとも１条のねじ山（１４；２４；３４；５４）を形成し，次に，ねじ山（１４；２４；３４；５４）に空所（１５；２５；３５；５５）を形成した後，該空所（１５；２５；３５；５５）内に切削手段（１６；２６；３６；５６）としての溶接材を，レーザ溶接により固着することを特徴とする，セルフタップねじの製造方法。

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